Ученые приблизились к тому, чтобы лучше предсказывать солнечные бури

Проще говоря, солнечная буря как будто на время меняет “рисунок” частиц, летящих к нашей планете. Если научиться читать этот след, можно лучше понимать, что происходит внутри самой бури и насколько опасной она может быть для Земли.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Ученые использовали данные китайской обсерватории LHAASO, одного из крупнейших детекторов космических лучей в мире.

Что такое солнечная буря

Солнечная буря — это не просто яркая вспышка на Солнце. Иногда Солнце выбрасывает в космос огромное облако раскаленной плазмы с магнитным полем. Такие выбросы называют корональными выбросами массы.

Если такое облако летит в сторону Земли, оно может вызвать геомагнитную бурю. Она не опасна для человека на поверхности планеты напрямую, но может влиять на технологии: спутники, радиосвязь, навигацию, GPS/GNSS и электросети.

Поэтому ученым важно не только видеть, что на Солнце произошла вспышка, но и понимать, что именно летит к Земле: насколько сильное у этого облака магнитное поле, как оно устроено и какие последствия может вызвать.

При чем тут космические лучи

Космические лучи — это очень энергичные частицы, которые прилетают к Земле из космоса. Они постоянно ударяются о верхние слои атмосферы и создают каскады других частиц. Их можно регистрировать специальными детекторами.

До сих пор ученые знали, что солнечные бури могут влиять на сравнительно менее энергичные космические лучи. Но считалось, что частицы очень высоких энергий должны почти свободно проходить через магнитные структуры солнечных бурь.

Новое исследование показало: это не всегда так. Даже очень энергичные космические лучи могут слегка “чувствовать” солнечную бурю. Не так, что они полностью исчезают, но их поток становится немного неравномерным.

Что заметили ученые

Команда изучила солнечную бурю, которая прошла около Земли 4 ноября 2021 года. Для этого использовали данные обсерватории LHAASO в Китае.

LHAASO регистрирует сотни миллионов космических лучей в час. Ученые смотрели не просто на общее количество частиц, а на то, с каких направлений они прилетают. Это важно: обычные атмосферные изменения могут исказить общий поток, но они не должны создавать устойчивый “перекос” по направлению.

И такой перекос нашли. В течение нескольких часов с одной части неба прилетало меньше космических лучей, чем обычно. Авторы связали это с тем, что передний край солнечной бури содержал область сильной магнитной турбулентности. Она рассеивала часть космических лучей и создавала заметный след в данных.

Простыми словами

Представьте, что к Земле постоянно летит “дождь” из космических частиц. Обычно он приходит почти равномерно со всех сторон.

Но когда между Землей и космосом проходит солнечная буря, она как будто немного меняет этот дождь. В одном направлении частиц становится меньше. Это похоже на тень, которую буря оставляет в потоке космических лучей.

Именно эту “тень” ученые и научились замечать.

Почему это может помочь с прогнозом

Сегодня солнечные бури отслеживают с помощью космических аппаратов и наблюдений Солнца. Но у них есть ограничение: спутник измеряет условия только в той точке, где он находится.

Космические лучи могут дать более широкую картину. Они проходят через большие области пространства, поэтому по их изменению можно понять, что происходит не только в одной точке, а в более крупной части солнечной бури.

Если такие наблюдения подтвердятся на других событиях, космические лучи могут стать дополнительным инструментом предупреждения. Это не заменит спутники, но может дополнить их и помочь раньше оценивать структуру опасной бури. В самой статье авторы пишут, что наблюдение открывает возможность изучать межпланетные магнитные структуры с помощью массивов детекторов космических лучей по всему миру.

Почему это важно для Земли

Сильные солнечные бури могут нарушать работу технологий, от которых зависит современная жизнь. NOAA предупреждает, что корональные выбросы массы могут вызывать геомагнитные бури, ухудшать работу GPS/GNSS, радиосвязи, спутников и даже создавать дополнительные токи в электросетях.

Поэтому задача ученых — не просто знать, что “буря будет”, а понимать, какой она будет. Одна буря может пройти почти незаметно, а другая — вызвать серьезные проблемы для спутников и инфраструктуры.

Новый метод может помочь именно в этом: лучше видеть внутреннюю магнитную структуру бури, которая летит к Земле.

Бэкграунд

Солнечная активность особенно важна сейчас, потому что человечество все больше зависит от спутников, навигации, связи и энергетической инфраструктуры. Чем больше таких систем, тем важнее заранее понимать, как космическая погода может на них повлиять.

Наблюдение LHAASO показывает, что даже очень энергичные космические частицы могут работать как своеобразный “сканер” солнечной бури. Это делает космические лучи не только объектом астрофизики, но и потенциальным инструментом для защиты земных технологий.

Источник

Исследование: Zhen Cao et al., “Transient Large-Scale Anisotropy in TeV Cosmic Rays due to an Interplanetary Coronal Mass Ejection”, Physical Review Letters, 2026. DOI: 10.1103/mkk2-hbq5. Также доступен препринт на arXiv.